JP2801598B2 - 原子炉の非常時炉心冷却系 - Google Patents
原子炉の非常時炉心冷却系Info
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- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は沸騰水型原子炉の非常時炉心冷却系に係り、
特にスチームインジェクタを利用して給水を行えるよう
にした原子炉の非常時炉心冷却系に関する。
特にスチームインジェクタを利用して給水を行えるよう
にした原子炉の非常時炉心冷却系に関する。
（従来の技術） スチームインジェクタは蒸気機関車その他のボイラ給
水用として用いられており、従来では例えば第10図に示
す構成のものが知られている。
水用として用いられており、従来では例えば第10図に示
す構成のものが知られている。
すなわち、蒸気取入口１を有するケーシング２にニー
ドル弁３付きの蒸気噴出ノズル４を設け、この蒸気噴出
ノズル４に水吸込口５を臨設している。この蒸気噴出ノ
ズル４の下流側に蒸気・水混合ノズル６および昇圧用デ
ィフューザ７を配設し、逆止弁８を介して吐出口９に連
通している。蒸気・水混合ノズル６のスロート部10には
オーバーフロー排水管11に連通するオーバーフロー排水
孔12が開口している。
ドル弁３付きの蒸気噴出ノズル４を設け、この蒸気噴出
ノズル４に水吸込口５を臨設している。この蒸気噴出ノ
ズル４の下流側に蒸気・水混合ノズル６および昇圧用デ
ィフューザ７を配設し、逆止弁８を介して吐出口９に連
通している。蒸気・水混合ノズル６のスロート部10には
オーバーフロー排水管11に連通するオーバーフロー排水
孔12が開口している。
そして、例えばニードル弁３をハンドル13により蒸気
噴出ノズル４から引抜き、蒸気取入口１から供給された
蒸気が蒸気噴出ノズル４から噴出すると、水吸込口５の
圧力は蒸気の凝縮により負圧となって大気圧以下とな
り、タンクなどから水を吸い上げる。水吸込口５から吸
い込まれる低温水（70℃以下）により蒸気が凝縮されつ
つ蒸気・水混合ノズル６へ流入し、スロート部10で高速
水流となる。すなわち、蒸気のもつエンタルピηｇが飽
和水のエッタルピη１よりも蒸発潜熱分だけ高いことか
ら、この蒸発潜熱が運動エネルギに変換し、高速水流を
形成する。この高速水流が昇圧用ディフューザ７内を流
通する際には、流体力学の法則により、次式で示す圧力
Δｐだけ昇圧する。
噴出ノズル４から引抜き、蒸気取入口１から供給された
蒸気が蒸気噴出ノズル４から噴出すると、水吸込口５の
圧力は蒸気の凝縮により負圧となって大気圧以下とな
り、タンクなどから水を吸い上げる。水吸込口５から吸
い込まれる低温水（70℃以下）により蒸気が凝縮されつ
つ蒸気・水混合ノズル６へ流入し、スロート部10で高速
水流となる。すなわち、蒸気のもつエンタルピηｇが飽
和水のエッタルピη１よりも蒸発潜熱分だけ高いことか
ら、この蒸発潜熱が運動エネルギに変換し、高速水流を
形成する。この高速水流が昇圧用ディフューザ７内を流
通する際には、流体力学の法則により、次式で示す圧力
Δｐだけ昇圧する。
（ρw:水の密度、Ut:スロートを通過する高速水流の流
速） これにより、スチームインジェクタでは蒸気の供給圧
力よりも高い吐出圧力を得ることができる。昇圧用ディ
フューザ７の出口側の圧力が十分高くなると、逆止弁８
が自動的に開いて吐出口９から加圧水が噴出する。
速） これにより、スチームインジェクタでは蒸気の供給圧
力よりも高い吐出圧力を得ることができる。昇圧用ディ
フューザ７の出口側の圧力が十分高くなると、逆止弁８
が自動的に開いて吐出口９から加圧水が噴出する。
しかしながら、上述した従来構成のスチームインジェ
クタによると、高々7kg/cm2Gの吐出圧しか得ることがで
きない。これは蒸気機関車のボイラに用いられる程度の
低圧である。このような限界点が生じる原因は、蒸気噴
出ノズル４の断面形状が、先端に向かって次第に小径と
なるのみであるためと考えられる。すなわち、このよう
なノズル形状では流体力学的に明らかにされているよう
に、蒸気・水混合ノズル内での凝縮速度が低くなるため
充分な蒸気噴出速度が得られないことによる。
クタによると、高々7kg/cm2Gの吐出圧しか得ることがで
きない。これは蒸気機関車のボイラに用いられる程度の
低圧である。このような限界点が生じる原因は、蒸気噴
出ノズル４の断面形状が、先端に向かって次第に小径と
なるのみであるためと考えられる。すなわち、このよう
なノズル形状では流体力学的に明らかにされているよう
に、蒸気・水混合ノズル内での凝縮速度が低くなるため
充分な蒸気噴出速度が得られないことによる。
ところで、沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器内の非常
時における炉内圧力は70kg/cm2Gとして設定されてい
る。このような高圧下で冷却水を噴出する非常時炉心冷
却系の注水装置として従来のスチームインジェクタを適
用することは困難である。
時における炉内圧力は70kg/cm2Gとして設定されてい
る。このような高圧下で冷却水を噴出する非常時炉心冷
却系の注水装置として従来のスチームインジェクタを適
用することは困難である。
そこで、原子炉非常時冷却系用スチームインジェクタ
として吐出圧を高める研究が種々行われており、その一
構成例を第11図に示している。
として吐出圧を高める研究が種々行われており、その一
構成例を第11図に示している。
このスチームインジェクタは、概略的には前記のもの
と略同様の構成を有するが、蒸気噴出ノズル４が次第に
拡径するディフューザ形状とされており、蒸気流の超音
速が得られるようになっている。また、蒸気・水混合ノ
ズル６の次に第２ノズル14を設けて、オーバーフロー排
水孔12をスロート10の上流側に形成している。
と略同様の構成を有するが、蒸気噴出ノズル４が次第に
拡径するディフューザ形状とされており、蒸気流の超音
速が得られるようになっている。また、蒸気・水混合ノ
ズル６の次に第２ノズル14を設けて、オーバーフロー排
水孔12をスロート10の上流側に形成している。
このスチームインジェクタによると、第10図に示すス
チームインジェクタの約６倍の吐出圧（約40kg/cm2G）
を得ることが可能とされている。
チームインジェクタの約６倍の吐出圧（約40kg/cm2G）
を得ることが可能とされている。
しかしながら、この第11図のスチームインジェクタに
おいても70kg/cm2Gの吐出圧を得ることは困難である。
おいても70kg/cm2Gの吐出圧を得ることは困難である。
また非常時における炉心冷却系からの注水により、原
子炉圧力容器内の圧力は暫時低下して、最終的には大気
圧となるが、このような変化に対応して吐出蒸気圧を調
整できるスチームインジェクタはまだ知られていない。
子炉圧力容器内の圧力は暫時低下して、最終的には大気
圧となるが、このような変化に対応して吐出蒸気圧を調
整できるスチームインジェクタはまだ知られていない。
また、従来では蒸気・水混合ノズルの入口部からスロ
ート部に至る流路断面形状を円錐状にするとともに、オ
ーバーフロー排水孔をスロート部の周方向全体に亘って
形成しているため、流れの剥離による圧力損失が比較的
大きく、これも加圧低下の一因となっていた。
ート部に至る流路断面形状を円錐状にするとともに、オ
ーバーフロー排水孔をスロート部の周方向全体に亘って
形成しているため、流れの剥離による圧力損失が比較的
大きく、これも加圧低下の一因となっていた。
（発明が解決しようとする課題） 従来のスチームインジェクタにおいては、吐出圧力が
比較的低く制限され、原子炉の非常時炉心冷却等には適
用困難であった。
比較的低く制限され、原子炉の非常時炉心冷却等には適
用困難であった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、十
分高い圧力の吐出水を噴射できるスチームインジェクタ
を利用して、駆動源を必要とせず、しかも確実な冷却が
行える原子炉の非常時炉心冷却系を提供することを目的
とする。
分高い圧力の吐出水を噴射できるスチームインジェクタ
を利用して、駆動源を必要とせず、しかも確実な冷却が
行える原子炉の非常時炉心冷却系を提供することを目的
とする。
（課題を解決するための手段） 上記の課題を解決するために、請求項１の発明は、沸
騰水型原子炉の原子炉圧力容器の炉心上方に設けられた
ヘッドスプレイと、このヘッドスプレイと非常用水源と
を接続する補助給水配管と、この補助給水配管に組込ま
れて非常時に加圧水を前記水源から前記ヘッドスプレイ
側に供給する供給手段とを備え、非常時に前記ヘッドス
プレイからの給水によって前記原子炉圧力容器の炉心を
冷却する原子炉の非常時炉心冷却系において、前記補助
給水配管の給水手段として、高圧蒸気を駆動源として水
を噴射する高圧水噴出用スチームインジェクタを適用
し、このスチームインジェクタは、蒸気取入口を有する
ケーシングにニードル弁付きの蒸気噴出ノズルを設け、
この蒸気噴出ノズルに水吸込口を臨設し、その下流側に
蒸気・水混合ノズルおよび昇圧用ディフューザを配設し
たものであって、前記蒸気噴出ノズルの出口部を下流側
に向って拡径させるとともに、前記ニードル弁のニード
ルを前記蒸気噴出ノズルの下流側に向って小径となるテ
ーパ付きとすることによりその蒸気噴出ノズルをディフ
ューザ形状にしたものであり、かつそのスチームインジ
ェクタの蒸気取入口は蒸気導入配管を介して前記原子炉
圧力容器内に接続する一方、水吸込口は前記補助給水配
管における水源側に接続し、さらにディフューザ形状の
蒸気噴出ノズルは前記補助給水配管におけるヘッドスプ
レイ側に接続したことを特徴とする。
騰水型原子炉の原子炉圧力容器の炉心上方に設けられた
ヘッドスプレイと、このヘッドスプレイと非常用水源と
を接続する補助給水配管と、この補助給水配管に組込ま
れて非常時に加圧水を前記水源から前記ヘッドスプレイ
側に供給する供給手段とを備え、非常時に前記ヘッドス
プレイからの給水によって前記原子炉圧力容器の炉心を
冷却する原子炉の非常時炉心冷却系において、前記補助
給水配管の給水手段として、高圧蒸気を駆動源として水
を噴射する高圧水噴出用スチームインジェクタを適用
し、このスチームインジェクタは、蒸気取入口を有する
ケーシングにニードル弁付きの蒸気噴出ノズルを設け、
この蒸気噴出ノズルに水吸込口を臨設し、その下流側に
蒸気・水混合ノズルおよび昇圧用ディフューザを配設し
たものであって、前記蒸気噴出ノズルの出口部を下流側
に向って拡径させるとともに、前記ニードル弁のニード
ルを前記蒸気噴出ノズルの下流側に向って小径となるテ
ーパ付きとすることによりその蒸気噴出ノズルをディフ
ューザ形状にしたものであり、かつそのスチームインジ
ェクタの蒸気取入口は蒸気導入配管を介して前記原子炉
圧力容器内に接続する一方、水吸込口は前記補助給水配
管における水源側に接続し、さらにディフューザ形状の
蒸気噴出ノズルは前記補助給水配管におけるヘッドスプ
レイ側に接続したことを特徴とする。
また、請求項２の発明は、特許請求の範囲第１項記載
の原子炉の非常時炉心冷却系において、スチームインジ
ェクタのディフューザ形状の上記噴出ノズルの出口部
に、蒸気・水混合ノズルの流路断面積を可変とする断面
積可変手段を設け、この断面積可変手段は、前記ノズル
下流側から流路軸方向に進退可能に挿着した他のニード
ルを備え、このニードルは、ディフューザの最小断面積
部の軸方向変動を生じない形状に形成されており、かつ
そのニードルの進退量は、原子炉圧力容器内の蒸気圧に
よって制御される構成とされていることを特徴とする。
の原子炉の非常時炉心冷却系において、スチームインジ
ェクタのディフューザ形状の上記噴出ノズルの出口部
に、蒸気・水混合ノズルの流路断面積を可変とする断面
積可変手段を設け、この断面積可変手段は、前記ノズル
下流側から流路軸方向に進退可能に挿着した他のニード
ルを備え、このニードルは、ディフューザの最小断面積
部の軸方向変動を生じない形状に形成されており、かつ
そのニードルの進退量は、原子炉圧力容器内の蒸気圧に
よって制御される構成とされていることを特徴とする。
（作用） 本発明によれば、スチームインジェクタを、原子炉の
非常時炉心冷却系用として適用したことにより、原子炉
の非常時における高圧化に対処することが可能となり、
また冷却による原子炉内の圧力変動に合わせて加圧水吐
出調整が行なえる。
非常時炉心冷却系用として適用したことにより、原子炉
の非常時における高圧化に対処することが可能となり、
また冷却による原子炉内の圧力変動に合わせて加圧水吐
出調整が行なえる。
即ち、蒸気噴出ノズルをディフューザ形状にしたこと
により、蒸気の超音速流が形成されるため、蒸気のもつ
エンタルピが有効に運動エネルギに変換され、従来のも
のと比べて水の加圧力が大幅に高まる。しかも、蒸気噴
出機能と蒸気流量調整用の弁絞り機能とが同一箇所で行
われるため、従来のものと異なり、蒸気噴出ノズルの上
流側で既に蒸気圧が低下して蒸気の流速が十分に上がら
ないなどの不具合も生じない。
により、蒸気の超音速流が形成されるため、蒸気のもつ
エンタルピが有効に運動エネルギに変換され、従来のも
のと比べて水の加圧力が大幅に高まる。しかも、蒸気噴
出機能と蒸気流量調整用の弁絞り機能とが同一箇所で行
われるため、従来のものと異なり、蒸気噴出ノズルの上
流側で既に蒸気圧が低下して蒸気の流速が十分に上がら
ないなどの不具合も生じない。
また、請求項２の発明によれば、蒸気・水混合ノズル
の流路断面積を可変とする断面積可変手段を設けたこと
により、蒸気供給圧力が高い時は流路断面積を減少さ
せ、スロート部の水の流速を増加させて（１）式のΔｐ
を大きくできる。一方、蒸気供給圧力が低い時には吐出
圧も低くてよいことから、Δｐを小さくできる。これに
より、必要圧力に応じた吐出水圧を任意に設定すること
ができる。また、断面積可変手段を流路軸方向に進退可
能に挿着した他のニードルとすることで、構成が簡単
で、かつ断面積調整機能が確実である。さらに、そのニ
ードルを供給蒸気圧に対応して進退量を設定する制御装
置により駆動されるものとしたことにより、自動操作が
可能となる。
の流路断面積を可変とする断面積可変手段を設けたこと
により、蒸気供給圧力が高い時は流路断面積を減少さ
せ、スロート部の水の流速を増加させて（１）式のΔｐ
を大きくできる。一方、蒸気供給圧力が低い時には吐出
圧も低くてよいことから、Δｐを小さくできる。これに
より、必要圧力に応じた吐出水圧を任意に設定すること
ができる。また、断面積可変手段を流路軸方向に進退可
能に挿着した他のニードルとすることで、構成が簡単
で、かつ断面積調整機能が確実である。さらに、そのニ
ードルを供給蒸気圧に対応して進退量を設定する制御装
置により駆動されるものとしたことにより、自動操作が
可能となる。
（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第９図は、スチームインジェクタを特に安全性重視の
次世代型原子炉の非常時冷却系に適用した場合のプラン
ト構造について示したものである。
次世代型原子炉の非常時冷却系に適用した場合のプラン
ト構造について示したものである。
すなわち、原子炉圧力容器45の内部に配置したヘッド
スプレイ46には補助給水配管47を介してスチームインジ
ェクタ48の吐出口を接続し、さらにスチームインジェク
タ48の水吸込口は復水器49の復水貯蔵タンク50に連結し
てある。そして、スチームインジェクタ48の蒸気取入口
には、蒸気導入配管51を介して原子炉圧力容器45から蒸
気が導入されるようにしている。なお、52はタービン、
53はタービン発電機を示している。
スプレイ46には補助給水配管47を介してスチームインジ
ェクタ48の吐出口を接続し、さらにスチームインジェク
タ48の水吸込口は復水器49の復水貯蔵タンク50に連結し
てある。そして、スチームインジェクタ48の蒸気取入口
には、蒸気導入配管51を介して原子炉圧力容器45から蒸
気が導入されるようにしている。なお、52はタービン、
53はタービン発電機を示している。
第１図〜第６図はスチームインジェクタの構成を示し
ている。
ている。
第１図および第２図に示すように、蒸気取入口21を有
するケーシング22にニードル弁23付きの蒸気噴出ノズル
24を設けている。この蒸気噴出ノズル24に水吸込口25を
臨設し、その下流側に蒸気・水混合ノズル26および昇圧
用ディフューザ27を介して吐出口28を設けている。蒸気
・水混合ノズル26のスロート部29にはオーバーフロー排
水孔30が開口している。
するケーシング22にニードル弁23付きの蒸気噴出ノズル
24を設けている。この蒸気噴出ノズル24に水吸込口25を
臨設し、その下流側に蒸気・水混合ノズル26および昇圧
用ディフューザ27を介して吐出口28を設けている。蒸気
・水混合ノズル26のスロート部29にはオーバーフロー排
水孔30が開口している。
蒸気噴出ノズル24の出口部は下流側に向って拡径さ
せ、またニードル弁23のニードル31は蒸気噴出ノズル24
の下流側に向って小径となるテーパ付きとし、これによ
り蒸気噴出ノズル24をディフューザ形状にしている。な
お、32はニードル31をノズル軸方向に進退駆動するため
のハンドルである。
せ、またニードル弁23のニードル31は蒸気噴出ノズル24
の下流側に向って小径となるテーパ付きとし、これによ
り蒸気噴出ノズル24をディフューザ形状にしている。な
お、32はニードル31をノズル軸方向に進退駆動するため
のハンドルである。
そして、蒸気取入口21からケージング内に蒸気を供給
するとともに、ニードル31をハンドル32により蒸気噴出
ノズル24から引抜くと、蒸気噴出ノズル24から蒸気が噴
出し、水吸込口25から吸い込まれる低温水（70℃以下）
により蒸気が凝縮されつつ蒸気・水混合ノズル26へ流入
し、スロート29部で高速水流となる。
するとともに、ニードル31をハンドル32により蒸気噴出
ノズル24から引抜くと、蒸気噴出ノズル24から蒸気が噴
出し、水吸込口25から吸い込まれる低温水（70℃以下）
により蒸気が凝縮されつつ蒸気・水混合ノズル26へ流入
し、スロート29部で高速水流となる。
この場合において、蒸気噴出ノズル24をディフューザ
形状にしたことにより、流体力学的に明らかにされてい
るように、蒸気の超音速流が形成されるため、蒸気のも
つエンタルピが有効に運動エネルギに変換され、従来の
ものと比べて蒸気・水混合ノズル26内での凝縮速度が高
まり、70kg/cm2G以上の吐出圧を得ることが可能とな
る。
形状にしたことにより、流体力学的に明らかにされてい
るように、蒸気の超音速流が形成されるため、蒸気のも
つエンタルピが有効に運動エネルギに変換され、従来の
ものと比べて蒸気・水混合ノズル26内での凝縮速度が高
まり、70kg/cm2G以上の吐出圧を得ることが可能とな
る。
しかも、蒸気噴出機能と蒸気流量調整用の弁絞り機能
とが同一箇所で行われるため、従来のように蒸気噴出ノ
ズルの上流側で既に蒸気圧力が低下して蒸気の流速が十
分に上がらないなどの不具合も生じない。
とが同一箇所で行われるため、従来のように蒸気噴出ノ
ズルの上流側で既に蒸気圧力が低下して蒸気の流速が十
分に上がらないなどの不具合も生じない。
また、第３図（ａ）に示すように、蒸気・水混合ノズ
ル26の入口部26aからスロート29部に至る流路断面形状
を四半楕円形状にしている。
ル26の入口部26aからスロート29部に至る流路断面形状
を四半楕円形状にしている。
これにより、流路がきわめて滑らかな絞り断面形状と
なり、第３図（ｂ）に示す従来のスチームインジェクタ
のようにテーパ状および円柱状断面が角部を介して接続
された蒸気・水混合ノズルとは異なり、流れの剥離によ
る圧力損失が防止でき、高速水流を効率良く得ることが
できる。
なり、第３図（ｂ）に示す従来のスチームインジェクタ
のようにテーパ状および円柱状断面が角部を介して接続
された蒸気・水混合ノズルとは異なり、流れの剥離によ
る圧力損失が防止でき、高速水流を効率良く得ることが
できる。
また、第４図および第５図に示すように、蒸気・水混
合ノズル26には、その流路断面積を可変とする断面積可
変手段35を設けている。この断面積可変手段35は昇圧用
ディフューザ27の下流側から流路軸方向に進退可能に挿
着したテーパ付きのニードル36と、これを操作するため
のハンドル37とを有する構成としている。ハンドル37の
外周面にはギヤ39を形成し、ギヤードモータ40によって
回転駆動可能としている。ギヤードモータ40は制御装置
41によって制御される。制御装置41は供給蒸気圧に対応
して好適なノズル開度、すなわちニードル36の進退量を
設定するもので、蒸気取入口21に接続した流量検出器4
2、その検出信号を増幅するアンプ43およびモータコン
トローラ44などにより構成される。
合ノズル26には、その流路断面積を可変とする断面積可
変手段35を設けている。この断面積可変手段35は昇圧用
ディフューザ27の下流側から流路軸方向に進退可能に挿
着したテーパ付きのニードル36と、これを操作するため
のハンドル37とを有する構成としている。ハンドル37の
外周面にはギヤ39を形成し、ギヤードモータ40によって
回転駆動可能としている。ギヤードモータ40は制御装置
41によって制御される。制御装置41は供給蒸気圧に対応
して好適なノズル開度、すなわちニードル36の進退量を
設定するもので、蒸気取入口21に接続した流量検出器4
2、その検出信号を増幅するアンプ43およびモータコン
トローラ44などにより構成される。
蒸気取入口21に供給される蒸気圧力が高い時はニード
ル36をスロート29内に深く挿入してスロート29の流路断
面積ATを減少させ、スロート29部の水の流速を増加させ
て（１）式のΔｐを大きくする。一方、蒸気供給圧力が
低い時には吐出圧も低くてよいことから、ニードル36を
スロート29部から後方に引抜き動作してスロート29の流
路断面積ATを増大させ、スロート29部の水の流速を減少
させて（１）式のΔｐを小さくする。これにより、蒸気
の供給圧力が低く水の流速UTが小さくても必要な水の流
量W1は確保される。
ル36をスロート29内に深く挿入してスロート29の流路断
面積ATを減少させ、スロート29部の水の流速を増加させ
て（１）式のΔｐを大きくする。一方、蒸気供給圧力が
低い時には吐出圧も低くてよいことから、ニードル36を
スロート29部から後方に引抜き動作してスロート29の流
路断面積ATを増大させ、スロート29部の水の流速を減少
させて（１）式のΔｐを小さくする。これにより、蒸気
の供給圧力が低く水の流速UTが小さくても必要な水の流
量W1は確保される。
なお、流量W1は下式によって計算される。
W1＝ρＷ・AT・UT ………（２） したがって、この実施例のスチームインジェクタによ
ると、広範囲の蒸気供給圧力で作動可能となり、信頼性
および性能を大幅に向上することができ、しかも、ニー
ドルを供給蒸気圧に対応して進退量を設定する制御装置
により駆動するようにしたので、自動操作が可能であ
り、かつ構成も簡単である。
ると、広範囲の蒸気供給圧力で作動可能となり、信頼性
および性能を大幅に向上することができ、しかも、ニー
ドルを供給蒸気圧に対応して進退量を設定する制御装置
により駆動するようにしたので、自動操作が可能であ
り、かつ構成も簡単である。
さらに、蒸気・水混合ノズル26のスロート部に軸方向
に沿うスリット状のオーバーフロー排水孔30を周方向に
間隔的に設けたことにより、流れの剥離が発生する箇所
を周方向で減少させることが可能となる。第６図
（ａ），（ｂ）は流れの剥離の状態をこの実施例および
従来例について、それぞれ模式的に示したものである。
に沿うスリット状のオーバーフロー排水孔30を周方向に
間隔的に設けたことにより、流れの剥離が発生する箇所
を周方向で減少させることが可能となる。第６図
（ａ），（ｂ）は流れの剥離の状態をこの実施例および
従来例について、それぞれ模式的に示したものである。
第６図（ｂ）に示すように、従来のスチームインジェ
クタの場合にはオーバーフロー水取出し用としてスロー
トの途中に周方向に沿うスリット状のオーバーフロー排
水孔を形成していたことにより、スロート内面全体に亘
って流れの剥離渦ａが発生し、大きな圧力損失を生じて
いた。
クタの場合にはオーバーフロー水取出し用としてスロー
トの途中に周方向に沿うスリット状のオーバーフロー排
水孔を形成していたことにより、スロート内面全体に亘
って流れの剥離渦ａが発生し、大きな圧力損失を生じて
いた。
これに対し、本実施例の場合には、第６図（ａ）に示
すように、スロートの途中に複数個、軸方向に沿うスリ
ット状のオーバーフロー排水孔30を周方向に間隔的に形
成していることから、スリットとして同一面積のもので
も、流れの剥離渦ａ′は部分的にしか発生しないため、
圧力損失は非常に少ないものとなる。
すように、スロートの途中に複数個、軸方向に沿うスリ
ット状のオーバーフロー排水孔30を周方向に間隔的に形
成していることから、スリットとして同一面積のもので
も、流れの剥離渦ａ′は部分的にしか発生しないため、
圧力損失は非常に少ないものとなる。
なお、この実施例では、昇圧用ディフューザの断面形
状をスロート内面を接線とする所定半径Ｒの部分楕円ま
たは部分円弧形状としている。
状をスロート内面を接線とする所定半径Ｒの部分楕円ま
たは部分円弧形状としている。
第３図（ａ），（ｂ）の各右側部分に加圧用ディフュ
ーザ形状を示している。本実施例のもの（同図（ａ））
では、従来のもの（同図（ｂ））と異なりスロートとの
接続部に段差や角がなく、流れの剥離渦による圧力損失
が防止でき、高速水流の動圧を効率よく静水圧に変換す
ることができる。
ーザ形状を示している。本実施例のもの（同図（ａ））
では、従来のもの（同図（ｂ））と異なりスロートとの
接続部に段差や角がなく、流れの剥離渦による圧力損失
が防止でき、高速水流の動圧を効率よく静水圧に変換す
ることができる。
万一、事故が発生して、原子炉が隔離され、主給水が
停止した場合には、スチームインジェクタ48に蒸気が供
給され、スチームインジェクタが作動し、これにより復
水がヘッドスプレイ46に供給され、補助給水系または非
常時炉心冷却系として使用される。時間の経過にしたが
って原子炉圧力容器45の蒸気圧が低下していくが、本発
明に係るスチームインジェクタ48を用いた場合には、炉
内蒸気圧力低下に応じて加圧水吐出圧を変化させ、効率
良い運転が行なえる。なお、一般に用いている遠心ポン
プと異なり、ディーゼル発電機のような大容量の電源を
必要としない静的な流体ポンプであり、原子炉事故には
極めて高い信頼性を有するものとなり、安全性向上に大
きく寄与するものとなる。
停止した場合には、スチームインジェクタ48に蒸気が供
給され、スチームインジェクタが作動し、これにより復
水がヘッドスプレイ46に供給され、補助給水系または非
常時炉心冷却系として使用される。時間の経過にしたが
って原子炉圧力容器45の蒸気圧が低下していくが、本発
明に係るスチームインジェクタ48を用いた場合には、炉
内蒸気圧力低下に応じて加圧水吐出圧を変化させ、効率
良い運転が行なえる。なお、一般に用いている遠心ポン
プと異なり、ディーゼル発電機のような大容量の電源を
必要としない静的な流体ポンプであり、原子炉事故には
極めて高い信頼性を有するものとなり、安全性向上に大
きく寄与するものとなる。
次に本発明の他の実施例を第７図および第８図により
説明する。
説明する。
この実施例では、蒸気噴出ノズル24を環状のものと
し、その軸心部に水吸込口25を配置した構成としてい
る。すなわち、この実施例では、前記実施例の蒸気噴出
ノズル24のニードル31を大径にした形状を有し、そのニ
ードル31の外周側を蒸気噴出ノズル24とし、水吸込口25
はニードル31の内部を穿った構造のものとしている。そ
して、スチームインジェクタの後部から低温水を供給
し、蒸気は環状にノズル中央に向けて噴射するようにし
ている。つまり、蒸気噴出ノズル24は内壁がノズル軸心
と平行な円筒形状で外壁は軸対称な滑らかな凸曲面をも
つ形状とされている。この外壁と蒸気噴出ノズルを構成
するケーシング内面も軸対称の滑らから凸曲面をもつ形
状とされ、これにより、蒸気の流路面積が拡張、縮小
し、円環状のディフューザ形ノズルが成されている。こ
のディフューザ機能により、容易に蒸気の超音速が形成
されるため、蒸気のもつエンタルピが有効に運動エネル
ギに変換される。
し、その軸心部に水吸込口25を配置した構成としてい
る。すなわち、この実施例では、前記実施例の蒸気噴出
ノズル24のニードル31を大径にした形状を有し、そのニ
ードル31の外周側を蒸気噴出ノズル24とし、水吸込口25
はニードル31の内部を穿った構造のものとしている。そ
して、スチームインジェクタの後部から低温水を供給
し、蒸気は環状にノズル中央に向けて噴射するようにし
ている。つまり、蒸気噴出ノズル24は内壁がノズル軸心
と平行な円筒形状で外壁は軸対称な滑らかな凸曲面をも
つ形状とされている。この外壁と蒸気噴出ノズルを構成
するケーシング内面も軸対称の滑らから凸曲面をもつ形
状とされ、これにより、蒸気の流路面積が拡張、縮小
し、円環状のディフューザ形ノズルが成されている。こ
のディフューザ機能により、容易に蒸気の超音速が形成
されるため、蒸気のもつエンタルピが有効に運動エネル
ギに変換される。
このような構成によると、水注入方向とノズル軸心と
が同一方向に沿う構造であるため、圧力損失が少なく、
蒸気も環状で、一点に向けて噴出されるため、凝縮作用
の効率も向上する。
が同一方向に沿う構造であるため、圧力損失が少なく、
蒸気も環状で、一点に向けて噴出されるため、凝縮作用
の効率も向上する。
なお、その他の構成については、前記実施例のスチー
ムインジェクタと同様であるから、図の対応する部分に
同一の符号を付してその説明を省略する。
ムインジェクタと同様であるから、図の対応する部分に
同一の符号を付してその説明を省略する。
以上の各実施例によれば、下記の種々の効果が奏され
る。
る。
蒸気噴出ノズル24をディフューザ形状にしたことによ
り。蒸気の超音速流が形成され、従来のものと比べて水
の加圧力が大幅に高まる。
り。蒸気の超音速流が形成され、従来のものと比べて水
の加圧力が大幅に高まる。
しかも、蒸気噴出機能と蒸気流量調整用の弁絞り機能
とが同一箇所で行われるため、蒸気噴出ノズル24の上流
側で蒸気の流速が十分に上がらないなどの不具合も生じ
ない。
とが同一箇所で行われるため、蒸気噴出ノズル24の上流
側で蒸気の流速が十分に上がらないなどの不具合も生じ
ない。
また、蒸気・水混合ノズル26の入口部からスロート部
29に至る流路断面形状を四半楕円形状にしたことによ
り、流れの剥離による圧力損失が防止でき、高速水流を
効率良く得ることができる。
29に至る流路断面形状を四半楕円形状にしたことによ
り、流れの剥離による圧力損失が防止でき、高速水流を
効率良く得ることができる。
また、蒸気・水混合ノズル26の流路断面積を可変とす
る断面積可変手段35を設けたことにより、必要圧力に応
じた吐水圧を任意に設定することができる。なお、断面
積可変手段35を流路軸方向に進退可能に挿着したニード
ル36とした場合には、構成が簡単で、かつ断面積調整機
能が確実である。
る断面積可変手段35を設けたことにより、必要圧力に応
じた吐水圧を任意に設定することができる。なお、断面
積可変手段35を流路軸方向に進退可能に挿着したニード
ル36とした場合には、構成が簡単で、かつ断面積調整機
能が確実である。
また、ニードル36を供給蒸気圧に対応して進退量を設
定する制御装置41により駆動されるものとした場合に
は、自動操作が可能となる。
定する制御装置41により駆動されるものとした場合に
は、自動操作が可能となる。
さらに、蒸気・水混合ノズル26のスロート部29に軸方
向に沿うスリット状のオーバーフロー排水孔30を周方向
に間隔的に設けたことにより、流れの剥離が発生する箇
所を周方向で減少させることが可能となる。
向に沿うスリット状のオーバーフロー排水孔30を周方向
に間隔的に設けたことにより、流れの剥離が発生する箇
所を周方向で減少させることが可能となる。
さらにまた、蒸気噴出ノズル24を環状のものとし、軸
心部に水吸込口25を配置したものとした場合にはノズル
周囲から噴出する蒸気によって中央部から水を吸込むの
で蒸気の流れが極めて効率よく、かつ円滑に行なえる。
心部に水吸込口25を配置したものとした場合にはノズル
周囲から噴出する蒸気によって中央部から水を吸込むの
で蒸気の流れが極めて効率よく、かつ円滑に行なえる。
なお、本発明のスチームインジェクタを、原子炉の非
常時炉心冷却系用として適用した場合には、原子炉の非
常時における高圧化に対処することが可能となり、また
冷却による原子炉内の圧力変動に合わせて加圧水吐出調
整が行なえる。
常時炉心冷却系用として適用した場合には、原子炉の非
常時における高圧化に対処することが可能となり、また
冷却による原子炉内の圧力変動に合わせて加圧水吐出調
整が行なえる。
請求項１の発明によれば、万一の原子炉事故時に、原
子炉内に内臓される多量の蒸気をエネルギー源として用
い、原子炉の炉心に冷却水を注入するものである。原子
炉内の蒸気を用いて、原子炉内に注水することから、も
ちろん注水される水の圧力は蒸気圧より高くなくてはな
らないが、この圧力の上昇にスチームインジェクタの原
理を応用するというものである。
子炉内に内臓される多量の蒸気をエネルギー源として用
い、原子炉の炉心に冷却水を注入するものである。原子
炉内の蒸気を用いて、原子炉内に注水することから、も
ちろん注水される水の圧力は蒸気圧より高くなくてはな
らないが、この圧力の上昇にスチームインジェクタの原
理を応用するというものである。
このような本願発明によれば、非常時に電源喪失など
を生じた場合であっても、動的機器を用いる必要はな
く、電源なしで炉心の冷却を行うことができ、静的安全
性が高まるという作用効果が奏される。
を生じた場合であっても、動的機器を用いる必要はな
く、電源なしで炉心の冷却を行うことができ、静的安全
性が高まるという作用効果が奏される。
また、炉心を内包する原子炉圧力容器の蒸気圧力を利
用することから、炉心の早期冷却の必要な事故初期ほど
高圧の蒸気を利用することができ、また終息に至るほど
その冷却水の供給能力も低下していくという冷却の需要
と供給を効率よくバランスさせることができる。
用することから、炉心の早期冷却の必要な事故初期ほど
高圧の蒸気を利用することができ、また終息に至るほど
その冷却水の供給能力も低下していくという冷却の需要
と供給を効率よくバランスさせることができる。
請求項２の発明によれば、請求項１記載のスチームイ
ンジェクタの冷却水供給能力の制御を可能にしたもので
ある。その制御は原子炉内の蒸気圧力によってなされる
ものであり、また、ニードルがディフューザの最小断面
積部の軸方向変動をしないことから、高精度の流量制御
が行えるという作用効果が奏される。
ンジェクタの冷却水供給能力の制御を可能にしたもので
ある。その制御は原子炉内の蒸気圧力によってなされる
ものであり、また、ニードルがディフューザの最小断面
積部の軸方向変動をしないことから、高精度の流量制御
が行えるという作用効果が奏される。
第１図は本発明に適用されるスチームインジェクタの一
実施例を示す断面図、第２図は第１図の蒸気噴出ノズル
部を示す拡大図、第３図（ａ），（ｂ）は蒸気・水混合
ノズル部の形状を従来例との比較において示す拡大説明
図、第４図は蒸気・水混合ノズルの断面積可変手段の構
造を示す断面図、第５図は制御装置を示す構成図、第６
図（ａ）（ｂ）はオーバーフロー排水孔の作用を従来例
との比較において示す説明図、第７図はスチームインジ
ェクタの他の実施例を示す断面図、第８図は第７図の要
部を拡大して示す断面図、第９図は本発明の一実施例を
示す原子炉設備の構成図、第10図は従来のスチームイン
ジェクタを示す断面図、第11図は他の従来例の他のスチ
ームインジェクタを示す断面図である。 21……蒸気取入口、22……ケージング、23……ニードル
弁、24……蒸気噴出ノズル、25……水吸込口、26……蒸
気・水混合ノズル、27……昇圧用ディフューザ、28……
吐出口、29……スロート部、30……オーバーフロー排水
孔、31……ニードル、32……ハンドル、35……断面積可
変手段、36……ニードル、37……ハンドル、39……ギ
ヤ、40……ギヤードモータ、41……制御装置、42……流
量検出器、43……アンプ、44……モータコントローラ、
45……原子炉圧力容器、46……ヘッドスプレイ、47……
補助給水配管、48……スチームインジェクタ、49……復
水器、50……復水貯蔵タンク、51……蒸気導入配管、52
……タービン、53……タービン発電機。
実施例を示す断面図、第２図は第１図の蒸気噴出ノズル
部を示す拡大図、第３図（ａ），（ｂ）は蒸気・水混合
ノズル部の形状を従来例との比較において示す拡大説明
図、第４図は蒸気・水混合ノズルの断面積可変手段の構
造を示す断面図、第５図は制御装置を示す構成図、第６
図（ａ）（ｂ）はオーバーフロー排水孔の作用を従来例
との比較において示す説明図、第７図はスチームインジ
ェクタの他の実施例を示す断面図、第８図は第７図の要
部を拡大して示す断面図、第９図は本発明の一実施例を
示す原子炉設備の構成図、第10図は従来のスチームイン
ジェクタを示す断面図、第11図は他の従来例の他のスチ
ームインジェクタを示す断面図である。 21……蒸気取入口、22……ケージング、23……ニードル
弁、24……蒸気噴出ノズル、25……水吸込口、26……蒸
気・水混合ノズル、27……昇圧用ディフューザ、28……
吐出口、29……スロート部、30……オーバーフロー排水
孔、31……ニードル、32……ハンドル、35……断面積可
変手段、36……ニードル、37……ハンドル、39……ギ
ヤ、40……ギヤードモータ、41……制御装置、42……流
量検出器、43……アンプ、44……モータコントローラ、
45……原子炉圧力容器、46……ヘッドスプレイ、47……
補助給水配管、48……スチームインジェクタ、49……復
水器、50……復水貯蔵タンク、51……蒸気導入配管、52
……タービン、53……タービン発電機。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭49−810（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−69295（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−55493（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−123699（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−123700（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭43−3668（ＪＰ，Ｂ１) （社）日本機械学会、「機械工学便 覧、改訂第６版」、明善印刷（株）（昭 和54年７月20日）、第３章ポンプ ９− 61−９−62 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F04F 5/24,5/36 G21C 15/18
Claims (2)
- 【請求項１】沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器の炉心上
方に設けられたヘッドスプレイと、このヘッドスプレイ
と非常用水源とを接続する補助給水配管と、この補助給
水配管に組込まれて非常時に加圧水を前記水源から前記
ヘッドスプレイ側に供給する給水手段とを備え、非常時
に前記ヘッドスプレイからの給水によって前記原子炉圧
力容器の炉心を冷却する原子炉の非常時炉心冷却系にお
いて、前記補助給水配管の給水手段として、高圧蒸気を
駆動源として水を噴射する高圧水噴出用スチームインジ
ェクタを適用し、このスチームインジェクタは、蒸気取
入口を有するケーシングにニードル弁付きの蒸気噴出ノ
ズルを設け、この蒸気噴出ノズルに水吸込口を臨設し、
その下流側に蒸気・水混合ノズルおよび昇圧用ディフュ
ーザを配設したものであって、前記蒸気噴出ノズルの出
口部を下流側に向って拡径させるとともに、前記ニード
ル弁のニードルを前記蒸気噴出ノズルの下流側に向って
小径となるテーパ付きとすることによりその蒸気噴出ノ
ズルをディフューザ形状にしたものであり、かつそのス
チームインジェクタの蒸気取入口は蒸気導入配管を介し
て前記原子炉圧力容器内に接続する一方、水吸込口は前
記補助給水配管における水源側に接続し、さらにディフ
ューザ形状の蒸気噴出ノズルは前記補助給水配管におけ
るヘッドスプレイ側に接続したことを特徴とする原子炉
の非常時炉心冷却系。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の原子炉の非常
時炉心冷却系において、スチームインジェクタのディフ
ューザ形状の上記噴出ノズルの出口部に、蒸気・水混合
ノズルの流路断面積を可変とする断面積可変手段を設
け、この断面積可変手段は、前記ノズル下流側から流路
軸方向に進退可能に挿着した他のニードルを備え、この
ニードルは、ディフューザの最小断面積部の軸方向変動
を生じない形状に形成されており、かつそのニードルの
進退量は、原子炉圧力容器内の蒸気圧によって制御され
る構成とされている原子炉の非常時炉心冷却系。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63019599A JP2801598B2 (ja) | 1988-02-01 | 1988-02-01 | 原子炉の非常時炉心冷却系 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63019599A JP2801598B2 (ja) | 1988-02-01 | 1988-02-01 | 原子炉の非常時炉心冷却系 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01196000A JPH01196000A (ja) | 1989-08-07 |
| JP2801598B2 true JP2801598B2 (ja) | 1998-09-21 |
Family
ID=12003687
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63019599A Expired - Fee Related JP2801598B2 (ja) | 1988-02-01 | 1988-02-01 | 原子炉の非常時炉心冷却系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2801598B2 (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0541925B1 (en) * | 1991-09-13 | 1996-11-20 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Steam injector |
| JP3903766B2 (ja) * | 2001-10-30 | 2007-04-11 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | エジェクタ |
| JP3941602B2 (ja) * | 2002-02-07 | 2007-07-04 | 株式会社デンソー | エジェクタ方式の減圧装置 |
| JP2009144607A (ja) * | 2007-12-14 | 2009-07-02 | Tlv Co Ltd | 蒸気エゼクタ |
| JP2009144608A (ja) * | 2007-12-14 | 2009-07-02 | Tlv Co Ltd | 蒸気エゼクタ |
| JP5269407B2 (ja) * | 2007-12-14 | 2013-08-21 | 株式会社テイエルブイ | 蒸気エゼクタ |
| CN102748331A (zh) * | 2012-07-20 | 2012-10-24 | 杭州杭真真空工程技术有限公司 | 一种蒸汽喷射压缩器 |
| WO2014181804A1 (ja) * | 2013-05-08 | 2014-11-13 | 国立大学法人筑波大学 | 蒸気インジェクタおよびヒートポンプ装置 |
| JP6160993B2 (ja) * | 2013-05-08 | 2017-07-12 | 国立大学法人 筑波大学 | 蒸気インジェクタおよびヒートポンプ装置 |
| CN105626595B (zh) * | 2015-12-11 | 2017-10-10 | 中国航空工业集团公司金城南京机电液压工程研究中心 | 一种双端射流泵 |
| CN107115986B (zh) * | 2017-06-19 | 2023-04-07 | 桂林航天工业学院 | 可调式喷射器 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1420215A (en) * | 1972-03-09 | 1976-01-07 | British Gas Corp | Jet boosters |
| JPS5769295A (en) * | 1980-10-17 | 1982-04-27 | Nauchinoopuroizuuodosutouennoe | Method and device for limiting residual effect of accident in atomic power plant |
| JPS59123700U (ja) * | 1983-02-10 | 1984-08-20 | 株式会社日立製作所 | エジエクタ− |
| JPS59123699U (ja) * | 1983-02-10 | 1984-08-20 | 三菱重工業株式会社 | エゼクタ− |
-
1988
- 1988-02-01 JP JP63019599A patent/JP2801598B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| （社）日本機械学会、「機械工学便覧、改訂第６版」、明善印刷（株）（昭和５４年７月２０日）、第３章ポンプ ９−６１−９−６２ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01196000A (ja) | 1989-08-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |